全固态薄膜锂电池研究进展和产业化展望.pdf

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1、!"#$年%第&$卷%%航%空%材%料%学%报%!"#$!789:&$第'期%第#(!"页)*+,-./*0.1,*-.+234./5.21,3./6-8:'%;;<#(!"全固态薄膜锂电池研究进展和产业化展望陈%牧!%颜%悦!%刘伟明!%周%辰!%郭志强!张晓锋!%望咏林!%厉%蕾!%张官理"北京航空材料研究院!北京#"""=>#摘要!全固态薄膜锂电池利用固态电解质替代传统电解液!采用多层薄膜堆垛的平面结构!属于新一代的锂离子电池!在军民两用的可穿戴设备$便携式移动电源$汽车和航空动力电池等领域应用前景广阔%该类电池因高安全性$长循环寿命$高比容量和高能量密度等优势性能受到业界广泛关注

2、%本文概述薄膜锂电池的分类和充放电原理!总结正负极$电解质薄膜材料的发展历程和薄膜制备手段的改进!对比各类电池材料的电化学性能!引入该方向最新的研究进展&三维薄膜锂电池!可变形的柔性电池!高电压$大容量电池组%汇总国外商用电池产品$关键优势技术$电池制备设备!提出薄膜锂电池亟待解决的科学问题和国内潜在的产业化方向%关键词!薄膜锂电池'磁控溅射'正极薄膜'安全性'/?@*-!"#!#":##A'ABC:?DDE:#"">F>">&:!"#$:':""#中图分类号!25=##'2G#>!'*'$'F>">&"!"#$#"'F"""#F!"

3、%%大规模储能技术可提高现有电力系统利用率!电池和辅助动力电池!在!"#&年#月因电池电解液促进太阳能和风能等新型可再生能源应用于智能电漏液等原因起火而停飞&个月!导致大量订单取消!)!*网$通讯基站'同时移动储能技术已在民用便携式电公司信誉蒙上阴影%虽然微电子技术在设计和子设备$纯电动汽车上得到应用!并在国防军事领域使用锂电池保护电路上日臻成熟!但现实频发的事有着广阔的应用前景!特别是在航空领域!移动储能故暂缓了锂电池在航空器上的应用%因环保催生的作为应急电源向飞机等重要设备供电!也是航空发纯电动汽车广泛采用锂电池!如风靡全球的2LD9I动机的启动电源%目前!大规模储能和移动储能技58

4、UL96型汽车!就采用了松下三元正极材料的锂电术中最具工业化推广前景的技术是二次化学储能!池%然而仅在!"#&年!该车因电池和电池管理系统即蓄电池%蓄电池家族中的锂离子电池经过!"多原因!在美国和墨西哥等地已连续发生$次起火事年的发展!相对于铅酸$镍镉$镍氢等蓄电池已占据件!也将我们熟知的锂电池技术推向了风口浪)#*)&*高端市场的主要份额%锂离子电池要走向大型尖%化$高能化!其使用寿命内的安全必须有保证%通常为提高锂电池安全性$可靠性!考虑到移动设发生的安全事故主要是电池的电解液和电极部分在备减重需求!近年来学术界和工业界初步实现了过充放$热冲击$短路等非正常环境中反应引起的电固态电解

5、质替代锂电池中电解液和隔膜的电池结池膨胀$壳体泄露$燃烧甚至爆炸!直接威胁人身健构!开辟了锂电池新的发展方向(((全固态锂离)$*康和关键设备安全%同时!有机电解液也是锂电池子电池%本文介绍了一类新型全固态锂离子电)>VT*退化机制和循环性能衰减的主要来源之一%近年池(((全固态薄膜锂离子电池!按照电池概来!锂电池安全事故频发!典型案例有&被冠以+最述$发展历程$最新研究进展$商业化电池四方面安全,飞机的波音TAT梦幻客机采用锂电池作为主进行讨论!为将该电池产业引入国内提供技术资料%收稿日期&!"#$F"=F"&'修订日期&!"#$F"=F!"#%全固态薄膜锂离子电池概述通讯作者&颜悦"

6、#=''(#!男!研究员!博士!主要从事透明件和透明导电薄膜研究!"1FHI?9#JKL(#!男!工程师!博士!主要从事薄膜锂电池$透明)A*物型$硫化物型$薄膜型%聚合物型电池性能安导电薄膜研究!"1FHI?9#OPLEHK!"#&MQD?ERPKI<8SR

7、膜返回正极!因物粉末与电极界面相容性差!界面传质电阻较大!此在负极无过量/?存在!避免产生/?枝晶等问题%容易产生硫化氢有毒气体'薄膜型电池全部结构由于这三种电池主要结构和功能类似!按常规简称为固态薄膜!最大优势是无过热$渗漏$胀气$烧坏为+薄膜锂电池,%%现象$寿命长$柔性可弯曲!且工作电压高!循环寿薄膜锂电池结构主要由固态基片和基片表面的命长!比容量和能量密度高!有望彻底解决电池安固态功能薄膜层构成%图#为功能薄膜层示意图和全性